Avaliação de Ciclo de Vida (emissões de GEE) de biodiesel produzido a partir de óleos virgens e usados
Fausto Freire | [email protected]
Érica Castanheira | [email protected]
João Malça| [email protected]
Carla Caldeira | [email protected]
Centro para a Ecologia Industrial | Universidade de Coimbrahttp://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology
ENMC Webinar “Resíduos, Combate à Fraude e Biocombustíveis Avançados” | 27 Set 2016 | 10-13h
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Centro para a Ecologia IndustrialEquipa
Centro para a Ecologia IndustrialAtividades e Serviços:
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http://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology
Estudos de ACV e revisões críticas (ISO 14040/44)
Elaboração de Declarações Ambientais de Produto (DAP), incluindo DAPHabitat
Avaliação da Pegada de Carbono do Produto (PAS 2050, GHG Protocol, ISO 14067)
Avaliação de critérios (directiva RED) de sustentabilidade de biocombustíveis
Avaliação da sustentabilidade
Desenvolvimento de ferramentas de eco-design. Optimização económica e Ambiental
Formação e organização de encontros científicos
Centro para a Ecologia IndustrialÁreas de atuação
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Energia
Renováveis: bioenergia,
biocombustíveis, solar e outras
Combustíveis fósseis. Sistemas de
conversão
Eletricidade
Transportes
Mobilidade sustentável
Veículos e componentes automóveis:
veículos elétricos,
transporte ferroviário,
análise de frotas
Edifícios e Arquitetura Sustentável
Componentes de edifícios
Arquitetura pré-fabricada
Desenvolvimento urbano sustentável
Envolvente e Isolamento térmico
Construção e remodelação sustentável
Agro-indústria e Florestas
Frutas, vegetais e óleos vegetais
Produtos de origem animal
Dietas sustentáveis
Biomateriais. Produtos de
madeira
Valorização de resíduos
Alteração de uso dos solos
Gestão de Resíduos
Óleos alimentares usados e gordura
animal
Desmilitarização
Digestão anaeróbia
Gestão de resíduos de construção e
demolição
Embalagens
Biocombustíveis: Avaliação da Sustentabilidade
Biodiesel
• Óleos virgens – colza, palma, soja, girassol
• Microalgas
• Óleos alimentares usados
• Gordura animal
BioEtanol
• Trigo
• Beterraba sacarina
• Cana-de-açucar
Métodos e abordagens
o Well-to-Tank & Tank-to-Wheels
o Alteração do uso dos solos (AUS)
o Práticas agrícolas
o Análise de incerteza (Monte Carlo)
o Análise de decisão multicritério
o Optimização multiobjetivo (económica, ambiental, técnicos)
o Impactes sociais
o Pegada da água
o Multifunctionalidade e valorização resíduos
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Exemplos de Projetos com empresasde biocombustíveis
o Associação Portuguesa de Produtores de Biocombustíveis – APPB
• 2014-16: Avaliação de Ciclo de Vida das emissões de Gases com Efeito de Estufa da Produção de Biodiesel de Colza em Portugal
• 2010-12: Avaliação de Ciclo de Vida das emissões de Gases com Efeito de Estufa da Produção de Biodiesel de Soja em Portugal
o Várias empresas/entidades de recolha de óleos
• 2013-2014: Cálculo das Emissões de Gases com EfeitoEstufa do Óleo Alimentar Usado
o Projeto BioACV com CENBIO, BrasilJBS, Fertibom
• 2013-2014: Cálculo das Emissões de Gases com EfeitoEstufa da Produção de Biodiesel de soja e sebo bovino
6
7
Uncertainty/ variability in biofuel LCAs
Soil emissions (LU / LUC)
Assessment of co-
products
LCA approach (attributional/ consequential)
Prior land use
Temporal / geographical
scale
System boundaries
Capital goods
Functional unit
Reference system
Parameter uncertainty
Malça, J., Freire, F. (2006). Renewability and life-cycle energy efficiency of bioethanol and bioETBE: assessing the implications of allocation. Energy 31 (15), 3362-3380.Malça, J., Freire, F. (2010). Uncertainty Analysis in Biofuel Systems: An Application to the Life Cycle of Rapeseed Oil. Journal of Industrial Ecology 14 (2), 322-334.Malça, J., Freire, F. (2011). Life-cycle studies of biodiesel in Europe: A review addressing the variability of results and modeling issues. RSER 15 (1), 338–351.
ACV de biocombustíveis: Incerteza, variabilidade e aspetos críticos
8
08a
00
04b
01
02b
02a
01
07b
05b
04d
05b
00
02a
06a
04a
03
09c
98
06a06b
06b
06c
06c
04d
09b
07c
07e
07e
03
08b
08b
08c08c
09a
09a04b
09b
07b
10
06d
0
50
100
150
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
GH
G in
ten
sit
y [
gC
O2e
q M
Jf-1
]
Ereq [MJp MJf-1]
73 (FD)
146
Group I
Group II
Group III
o Biofuel LC studies have varying and sometimes contradictory conclusions, even for the same biofuel type and pathway.
o Significant disagreement and controversy exist regarding the actual benefits of biofuels displacing fossil fuels.
Malça, J., Freire, F. (2011). Life-cycle studies of biodiesel in Europe: A review addressing the variability of results and modeling issues. RSER 15 (1), 338–351.
ACV de biodiesel de colza na EuropaRevisão de estudos
Microalgas – Revisão de estudos de ACV
Objetivo: Identificar as principais causas
para a variabilidade das emissões de
GEE de ciclo de vida
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IEA, 2016. 2016 State of Technology Review – Algae Bioenergy. IEA Bioenergy Algal Bioenergy Assessment Project (in press).
ACV (emissões de GEE) da produção de Biodiesel (APPB) de colza cultivada em Portugal
September 27, 2016 10Castanheira, E., Freire, F. (2015). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.
60%
45%38%
Redução mínima de 50% a partir de 01/2017
Redução mínima de 35% até 12/2016
Valores típicos Valores por defeito
Valor médio em Portugal (médiadas empresas da APPB)
Decreto-lei n.º 117/2010 de 25-10
Redução das emissões de GEE do biodiesel de colza cultivada
em Portugal (2014) sem AUS: valores médios para Portugal
(alocação energética)
2529 29
7
1622
1
1
1
Valores típicos Valores por defeito
Valor médio em Portugal(média das empresas da APPB)
Decreto-lei n.º 117/2010 de 25-10
Emissões de GEE do biodiesel de colza em Portugal - Valores médios (g CO2eq/MJ)Alocação energética
Transporte
Processamento (incluindoeletricidade excedentária)
Cultivo
ACV (GEE) da produção de Biodiesel: Comparação da origem da colza e cenários de AUS
September 27, 2016 11
3349
3242 47
5646 52
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
APPB (média) (S&T)2, 2010 Esteban et al.,2011
ADEME, 2010 Borzecka-Walkeret al., 2013
Jungbluth et al.,2007
Valores típicos Valores pordefeito
Portugal Canadá Espanha França Polónia Alemanha
Colza nacional Colza importada Decreto-lei nº 117/2010 de 25-10
Emissões de GEE (g CO2eq/MJ)Cenários de importação de colza e AUS
Alocação energética
Emissões de GEE (não inclui as emissõesdecorrentes da AUS)
AUS 2: Conversão de prados melhorados
AUS 1: Conversão de prados degradados
EB - Limite máximo, garante 50% de redução até 2017
EB - Limite máximo, garante 35% de redução até 2016
Colzanacional
Colza importada
Castanheira, E., Freire, F. (2015). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.
Impactes ambientais de ciclo de vida do óleo de colza:Semente nacional (média) versus importada
Alocação económica (barras), mássica (*) e energética (x)
12
0.0E+00
5.0E-08
1.0E-07
1.5E-07
2.0E-07
2.5E-07
PT ES
Extraction
Transport
Cultivation
Energy allocation
Mass allocation
0.0E+00
5.0E-03
1.0E-02
1.5E-02
2.0E-02
2.5E-02
3.0E-02
3.5E-02
4.0E-02
4.5E-02
PT CA DE ES FR PL
Terrestrial acidification(kg SO2eq/kg oil)
0.0E+00
2.0E-04
4.0E-04
6.0E-04
8.0E-04
1.0E-03
1.2E-03
1.4E-03
1.6E-03
PT CA DE ES FR PL
Freshwater eutrophication(kg Peq/kg oil)
0.0E+00
1.0E-02
2.0E-02
3.0E-02
4.0E-02
5.0E-02
6.0E-02
7.0E-02
8.0E-02
9.0E-02
PT CA DE ES FR PL
Marine eutrophication(kg Neq/kg oil)
0.0E+00
1.0E-03
2.0E-03
3.0E-03
4.0E-03
5.0E-03
6.0E-03
7.0E-03
8.0E-03
9.0E-03
1.0E-02
PT CA DE ES FR PL
Photochemical oxidation(kg NMVOCeq/kg oil)
0.0E+00
5.0E-08
1.0E-07
1.5E-07
2.0E-07
2.5E-07
PT CA DE ES FR PL
Ozone depletion(kg CFC-11eq/kg oil)
Castanheira, E., Malça, J., Freire, F. (2016). LCA of rapeseed oil in Portugal: endogenous vs. imported feedstock. 10th International Conference on Life Cycle Assessment of Food 2016. Dublin,19th–21st October.
ACV (GEE) do Biodiesel de Soja produzido em Portugal: Multifuncionalidade
13
56%
40%
31%
50% - Redução mínima a partir de 1 de Janeiro de 2017
35% - Redução mínima até 31 de Dezembro de 2016
Valores típicos Valores por defeito
Valor médio em Portugal (média das empresas da APPB)
Decreto-Lei n.º 117/2010 de 25-10
Redução das emissões de GEE do biodiesel de soja em relação ao combustível fóssil de referênciaValores médios para Portugal
Alocação energética
Castanheira, E., Freire, F. (2012). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Soja em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS.
19,0 19,0 19,0
8,618,0
26,09,2
13,0
13,0
Valores típicos Valores por defeito
Valor médio em Portugal(média das empresas da APPB)
Decreto-Lei n.º 117/2010 de 25-10
Emissões de GEE do biodiesel de soja - Valores médios para Portugal (g CO2eq/MJ)Alocação energética
Transporte
Processamento (incluíndoelectricidade excedentária)
Cultivo
74%
56%
49%
81%
74%
Mássica Energética Económica Produção evitada debagaço de soja
Produção e importaçãoevitada de grão de soja
Alocação Substituição
Redução das emissões de GEE do biodiesel de soja em relação ao combustível fóssil de referência Valores médios para Portugal
Comparação entre métodos de alocação e substituição
35% - Redução mínima até 31 de Dezembro de 2016
50% - Redução mínima a partir de 1 de Janeiro de 2016
Biodiesel de óleos alimentares usados: ACV incorporando incerteza para diferentes sistemas de recolha
14Caldeira, C., Queirós, J., Noshadravan, A., Freire, F. (2016) Incorporating uncertainty in the Life Cycle Assessment of biodiesel from Waste Cooking Oil addressing differentcollection systems. Resources, Conservation & Recycling 112, 83-92.Caldeira, C., Queirós, J., Freire, F. (2015). Biodiesel from Waste Cooking Oils in Portugal: alternative collection systems. Waste&Biomass Valoriz 6 (5), 771-779.
Pegada da água (Water footprint) do biodiesel
de óleos virgens e usados
Water consumption impacts Water degradation impactsand, Acidification, Ecotoxicity, Human Toxicity
Caldeira, C., Quinteiro, P., Castanheira, E., Boulay, A-M, Dias, A.C., Arroja, L., Freire, F. (2016). “Water footprint profile of crop-based vegetable oils and waste cooking oil”. Submitted to The International Journal of Life Cycle Assessment
Multi-objective optimization as decision support tool
o More than 3 objectives is difficult to visualize
16
CostClimate Change
(CC)WSI
Eutrophication (EU)
Acidification(AC)
Human Toxicity (HT)
Ecotoxicity (ET)
Objective
minimizedEuros/ton kg CO2 eq /kg oil m3 eq/kg oil
kg P eq /kg oil(*10-4)
kg SO2 eq /kg oil (*10-2)
CTUh / kg oil (*10-11)
CTUhe / kg oil
Cost 642.7* 1.48** 0.354** 4.36 1.87 54.08 6.82
CC 676.4 1.11* 0.145 3.63 1.44 14.41 3.79
WSI 650.1 1.31 0.065* 31.22** 1.98** 54.32** 12.29**
EU 647 1.24 0.101 1.95* 1.64 23.62 2.55
AC 676 1.13 0.128 3.53 1.39* 0.90 1.92
HT 702.6** 1.23 0.143 4.31 1.53 0.78* 1.74
ET 667.8 1.32 0.089 2.79 1.72 0.91 0.28*
Cost
Carla Caldeira Phd Thesis
BioEcon Workshop “BIOECONOMY IN AGRICULTURE”Institute of Soil Science and Plant Cultivation, Pulawy , June 2016
Obrigado!Fausto [email protected] para a Ecologia Industrial, ADAI-LAETAhttp://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology
Departamento de Engenharia Mecânica - Polo IIFaculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraRua Luís Reis Santos3030-788 CoimbraPortugalt: +351 239 790 708/39/32